私が最初にシャフト カップリングのサプライヤーとして働き始めたとき、おそらく午後 12 時間以上は倉庫内を歩き回り、2 つの異なるカップリングを手に持ち、同じ質問を自分に問いかけたと思います。「なぜ、こちらは曲がり、あっちは曲がらないのか?」その月、3 人の異なる顧客から電話を受けて初めて、1 人はコンベアが壊れ続け、もう 1 人はポンプの振動がオフィスに聞こえるほど大きく、3 人目はモーターが早期に焼き切れたということです。フレキシブル シャフト カップリングとリジッド シャフト カップリングを混同している人がいかに多く、その混同によってどれだけの損害が発生するかが分かりました。新しい顧客と座るときのように、専門用語を使わずに、カップリングをマシンに適合させるときに実際に何が重要なのかを説明しましょう。
まず、基本的なことから始めましょう。シャフト カップリングは、2 つのシャフト (モーターとポンプ、またはギアボックスとコンベアなど) を接続して一緒に回転できるようにする、小さいながらも重要な部品です。これを間違えると、ダウンタイム、予期せぬ修理、さらにはマシン全体の交換が必要になる可能性があります。ここでの主な分割は、フレキシブル カップリングとリジッド カップリングの間であり、その違いは見た目の違いだけではなく、それらが処理できるように構築されている点にあります。
リジッドシャフトカップリングは、名前が示すように、堅くなるように作られています。 2 つのシャフトを非常にしっかりと接続しているため、シャフト間にわずかなオフセットがあっても、まったくぐらつきません。ただし、ここに問題があります。現実の世界では、2 本のシャフトが完全に並ぶことはほとんどありません。たとえ1時間かけて調整したとしても、モーターが加熱すると膨張したり、基礎が少し沈んだり、運転中に負荷が移動したりします。リジッドカップリングではそのようなことは考慮されません。たとえ 1 ミリメートルでもずれがあるシステムにリジッド カップリングを使用すると、シャフト、ベアリング、および接続された部品に継続的なストレスがかかることになります。時間の経過とともに、そのストレスは蓄積され、最終的に何かが壊れます。通常は、本番稼働の途中など、考えられる最悪のタイミングです。そのため、リジッド カップリングは、アライメントがほぼ完璧な高精度工作機械や、アライメントのずれが積極的に監視され、常に調整されるシステムなど、非常に特殊な制御された用途にのみ使用されます。ギブを持たないため、日常使用で起こる細かなズレを吸収することなく、パワーをありのままに伝達します。
一方、フレキシブル シャフト カップリングは、実際の位置ずれに対処できるように設計されています。これらには、ストレスを引き起こすことなく 2 つのシャフトが中心から少しずれたり、角度が少しずれたりすることを許容する、ある種のクッションまたは可動部品が備わっています。しかし、すべてのフレキシブル カップリングが同じというわけではありません。ミスアライメントをある方法で処理するものもあれば、別の方法で処理するものもあります。ここで間違ったカップリングを選択することは、間違った用途にリジッド カップリングを選択するのと同じくらい悪いことです。実際に製品を見ていただくと分かりやすいと思いますので、弊社で供給しているタイプをご紹介します。
まずは、GL型ローラーチェーンカップリングです。これは、自転車のチェーンと同様に、ローラー チェーンで接続された 2 つのスプロケットを使用しており、当社が在庫している最も汎用性の高いフレキシブル カップリングの 1 つです。柔軟性を高めているのはチェーン リンクであり、シャフト間の小さな角度および平行のずれに合わせて曲がることができます。これらは耐久性があり、高トルクに対応でき、価格もそれほど高くないため、顧客がコンベア、産業用ファン、さらには一部の農業機械でこれらを使用しているのを見てきました。埃や汚れの多い環境でも耐久性のあるカップリングが必要な場合、これは確実な選択肢です。このカップリングの詳細は当社サイト「GL形ローラチェーンカップリング」でご確認いただけます。
次にNL型ナイロンリングギヤカップリングです。これは 2 つの金属ハブの内側にナイロン リングがあり、リングの歯がハブの歯と噛み合います。ここで重要なのはナイロンです。ナイロンはアライメントのずれを吸収するのに十分な柔軟性を持ちながら、適度なトルクに耐えるのに十分な強さを備えています。私は、ポンプ、コンプレッサー、小さなクッションが必要な小型コンベアにこれを推奨します。ナイロンは騒音緩衝材としても機能するため、マシンの騒音が多すぎて問題になる場合に役立ちます。これは中間的なフレキシブル カップリングであり、ローラー チェーンほど頑丈ではありませんが、他のものほど繊細ではありません。仕様の詳細については、「NL 型ナイロンリングギヤカップリング」をご覧ください。
次に、弾性スパイダー付きMLタイプカップリングやスパイダー付きXL-Cタイプ弾性カップリングなど、弾性スパイダーを使用したカップリングもあります。これらは、それぞれ爪を備えた 2 つの金属ハブと、爪の間にフィットするゴムまたはエラストマーのスパイダーによって機能します。スパイダーは柔軟な部分で、少し圧縮したり伸ばしたりして、接続されたマシンからの位置ずれや振動を吸収します。 ML と XL-C の違いは通常、スパイダーのサイズとタイプにあります。ML は一般的な産業用途に最適ですが、XL-C は振動がより大きな問題となる高速アプリケーション向けに設計されています。リジッドカップリングからこれらのカップリングに切り替えたところ、すぐに機械の振動が減ったことに気づいたお客様もいらっしゃいます。モーターやギアボックスからの振動に対処している場合は、これらが最適です。 ML モデルの詳細については、「弾性スパイダーを使用した ML タイプのカップリング」を参照してください。XL-C については、「スパイダーを使用した XL-C タイプの弾性カップリング」を参照してください。
最後に、SJMタイプの弾性ダイヤフラムカップリングです。当社が供給するフレキシブルカップリングの中で最も高精度なフレキシブルカップリングです。クッションやチェーンの代わりに、わずかに曲がって位置ずれに対応する薄い金属製のダイヤフラムが搭載されています。ここでの大きな利点は、バックラッシュがほとんどないことです。つまり、シャフト間に遊びがないため、パワーが非常に正確に伝達されます。そのため、生のトルクよりも精度が重要となるサーボ モーター、CNC 機械、医療機器などに最適です。また、チェーンなどの潤滑や交換が必要な可動部品がないため、メンテナンスフリーです。アプリケーションに精度が必要で、より少量のトルクを処理できる場合は、これが最適な方法です。詳細については、SJM タイプ弾性ダイヤフラム カップリングをご覧ください。
さて、フレキシブルカップリングとリジッドカップリングの核心的な違いに戻りましょう。リジッドカップリングは、ミスアライメントが存在せず、精度がすべてである場合に使用されますが、実際にずれが発生すると部品が破壊されます。フレキシブルカップリングは、何らかの位置ずれが発生した場合に使用され、そのずれから機器を保護します。しかし、すべてのフレキシブル カップリングが同じというわけではありません。フレキシブル カップリングの設計によって、どの程度のミスアライメントに対応できるか、どのくらいのトルクに耐えられるか、高速または重い負荷に適しているかが決まります。
このことを思い出させる話をすることができます。数か月前、あるお客様がパニックになって私たちに電話してきました。彼らの 10 トンコンベアは 2 週間で 3 回シャフトが破損しました。彼らはリジッドカップリングを使用していましたが、コンベアに荷重がかかるたびにコンベアが中心から少しずれ、折れるまでシャフトにストレスがかかりました。 5度までの角度ずれに対応したGL形ローラチェーンカップリングへの変更をお勧めいたします。彼らはそれを設置し、1 か月後に折り返し電話して、シャフトの破損やダウンタイムはなくなり、応急修理で数千ドルを節約できたとのことでした。そこが違いです。つまり、カップリングのタイプをマシンの実際の条件に一致させることです。
別の顧客である小規模な機械工場では、位置決めエラーが発生し続ける CNC フライス盤を使用していました。彼らはゴムスパイダーを備えたフレキシブルカップリングを使用していましたが、高速での摩耗が早すぎました。可動部がなくバックラッシゼロの弾性ダイヤフラムカップリングSJM型を提案しました。設置後は位置決め精度が 15% 向上し、3 か月ごとにカップリングを交換する必要が 1 年以上なくなりました。このように、適切なフレキシブル カップリング サブタイプを選択することも大きな違いを生みます。
では、いつリジッドを選択し、いつフレキシブルを選択しますか?シャフトが完全に位置合わせされており、常に位置合わせを監視でき、振動を吸収する必要がないシステムの場合は、リジッドが機能する可能性があります。しかし、正直に言うと、工場の現場や作業場でシャフトが完全に位置合わせされている人は何人いるでしょうか?ほとんどありません。 90% の場合、柔軟性が適切な判断であり、マシンをスムーズに実行し、より長く使用できるようにする適切な柔軟なサブタイプを選択することになります。
どれが必要かわからない場合は、そこが当社の出番です。当社はカップリングを販売するだけではなく、お客様が特定の用途に何が機能するかを理解できるようお手伝いします。おそらく、コンベヤーが遅すぎて壊れ続けている、ポンプが振動しすぎている、またはサーボ モーターが正確に位置決めされていない可能性があります。当社では、頑丈な GL ローラー チェーンから高精度の SJM ダイヤフラムまで、さまざまなオプションをご案内し、予算や機械のニーズに合ったものを選択するお手伝いをいたします。
これを修正するには、次の故障が起こるまで待ってはいけません。今すぐ適切なカップリングを選択するために少し時間を費やすことで、数時間のダウンタイムとその後の何千もの修理を節約できます。あなたの用途に適したシャフトカップリングを見つける準備ができたら、当社のチームに連絡して会話を始めてください。私たちはあなたの質問に答え、仕様を提供し、あなたのスケジュールに合わせた注文をお手伝いします。
参考文献
JE Shigley、CR のミシュケ (2001)。機械設計の標準ハンドブック。マグロウヒル。
JM ヴァンス (2010)。回転機械のダイナミクス。ジョン・ワイリー＆サンズ。
ISO 14613:2019、機械動力伝達シャフトおよびシャフトカップリング - 語彙。国際標準化機構。
